Por que os aparelhos e ferramentas alimentados por bateria são especificados em volts? [fechadas]

"Alimentado com uma sucção de 18 volts"

Não é apenas uma medida absurda de "quanto maior, melhor"?

O que realmente interessa a você como cliente é o torque, a potência, a RPM do motor ou algo assim.

Existe alguma relação direta entre a tensão de alimentação e uma dessas medidas de desempenho do motor ou vida útil da bateria? Não me parece, já que todo motor é diferente, pode ter um número diferente de enrolamentos, um número diferente de bobinas, etc.

Para motores, a potência é proporcional ao torque multiplicado pela velocidade de rotação. Portanto, para uma determinada velocidade e torque rotacionais, o dispositivo produz uma determinada quantidade de energia.

Para aumentar a quantidade de energia, existem duas opções. Gere a mesma quantidade de torque em uma velocidade mais alta ou aumente o torque em uma determinada velocidade.

Para uma furadeira sem fio, a velocidade é normalmente variável e depende da aplicação. Por exemplo, alta velocidade para aço, menor velocidade para alvenaria e menor velocidade novamente para brocas largas de "brocas" de madeira.

Ok, para aumentar a potência de uma furadeira sem fio, você não alterará a velocidade, pois a furadeira precisa fornecer energia em uma variedade de velocidades.

Dois outros fatores a serem considerados, em um motor CC, a tensão é proporcional à velocidade e a corrente proporcional ao torque.

Mas tudo o que os designers estão fazendo é aumentar a tensão do pacote. para uma determinada resistência da bobina no motor DC, aumentar a tensão na bobina também aumenta a corrente, assim o torque fornecido.

Portanto, aumentar a tensão é uma maneira de os projetistas aumentarem o torque, assim poder os usuários finais podem usar !. Então, mais volts, melhor! até certo ponto, quanto mais volts significa mais células, e mais células significa mais peso, mais peso significa mais fadiga do usuário. Portanto, eles tendem a se equilibrar, no momento, de 14,4 V DC a 18 V DC para uma broca sem fio típica.

É absurdo e não diz nada sobre o poder da ferramenta. Você pensaria que eles usam voltagem porque tem números mais impressionantes, mas já vi dispositivos (caçadores de poeira) mencionados em dígitos grandes "2,4 V", para que não pareçam impressionantes. A única outra razão pela qual consigo pensar é que as pessoas podem estar mais familiarizadas com a palavra "volt" do que com a palavra "watt" (não implicando que elas saberiam o que isso significa).

edit
Acho que várias respostas estão fora de questão. A pergunta que foi feita é "Por que eles são especificados em volts?" , não por que eles usam altas tensões. Isso foi abordado no passado em pelo menos uma pergunta (que não consigo encontrar no momento). O que esta pergunta é sobre IMO é o seguinte:

e isso não faz sentido! Não diz nada sobre os recursos do aspirador de pó. A minha diz com orgulho "2,4 V" e não acredito que esta tenha 9 vezes o poder de sucção meu. Seria capaz de criar buracos negros, se fosse. A mina era barata e a IMO Black & Decker a liberou para ter uma referência para seus outros caçadores de poeira. Um 3,6 V é melhor que um 2,4 V, então podemos pedir um preço mais alto por ele. Esses caras de marketing não são idiotas. Pergunte a Jane Doe qual é a mais poderosa e ela dirá a que tem a tensão mais alta. Queres apostar?

O aumento da voltagem da bateria em aparelhos portáteis é parcialmente impulsionado pela praticidade e parcialmente pelo marketing, mas na última década ou mais o marketing definitivamente foi o principal fator.

Um aparelho "poderoso" alimentado por bateria (as brocas provavelmente são as mais comuns, mas não as que consomem mais energia) pode ter uma potência nominal de 100's de Watts.

Tome 100 Watts como exemplo:
Em 100 Watts, 12V ~ = 8A, 16V ~ = 6A, 24V ~ = 4A, 36V ~ = 3A.
As perdas na fiação e nas conexões devem-se principalmente à perda de calor = I ^ R.
Para as mesmas perdas de resistência para 12/16/24/36 volts estariam nas proporções
64/36/16/9, de modo que um sistema de 36V pode ter 9/64 ~ = 14% das perdas de um sistema de 12V.
Portanto, na prática, à medida que a corrente diminui com o aumento da tensão, você obtém menos perdas com a mesma resistência ou pode tolerar um pouco mais de resistência e ainda estar bem à frente.

Em um sistema de 12V 8A, uma resistência de circuito de um ohm dissipará I ^ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 Watts - de modo que isso representa 64% da potência total, seria intolerável. Algo mais como 0,1 Ohm = 6,4% seria melhor. É extremamente fácil adicionar 0,1 Ohms em fiação e conexões, para que um sistema de 100W 12V fique irritantemente difícil de construir. Mesmo um sistema de 18V com 2/3 da corrente = 4/9 = 44% das perdas é utilmente melhor.

NO ENTANTO, mais voltagem requer mais células da bateria e espaço necessário para interconexões, perda extra de conexões e perda de volume disponível efetivo devido aos efeitos da lei em cubos quadrados * significa que, acima de uma certa voltagem, as perdas extras começam a compensar os ganhos. O marketing não se importa, e os engenheiros e profissionais de marketing terão um esforço nos bastidores para chegar ao resultado final.

Um fator que facilita tensões mais altas é o uso de células Li-ion. Eles têm uma tensão nominal de 3,6V / célula, que é cerca de 3 vezes a de NiCd ou NimH, de modo que uma bateria de 10 células NimH será de 12V nominal, mas um LiIon de 10 células do mesmo tamanho será de 36V nominal.

Ferramentas elétricas de primeira qualidade / qualidade / custo, como a De Walt (Black & Decker disfarçada), usam células LiFePO4 (ferro fosfato de lítio) em alguns produtos com tensão nominal de 3,2 V por célula. 10 daria 32 V nominal e isso será "quase sensato" em algumas aplicações.
Um aspecto: eu entendo que a De Walt usa as células A123 LiFePO4 líderes do setor. As células A123 são geralmente "difíceis de comprar" no mercado de varejo e ouvi falar de fabricantes de veículos elétricos que compram um grande número de baterias De Walt para obter as células.

Lei de cubos quadrados:

Efeitos causados ​​por alterações na proporção da área em relação ao volume, conforme a escala muda.
Os volumes são proporcionais à aresta ^ 3.
As áreas de superfície são proporcionais ao grau ^ 2.
portanto, a relação volume / borda é proporcional à borda ^ 3 / borda ^ 2 = borda - o que significa que o volume por área de superfície aumenta à medida que os objetos aumentam.

Os efeitos secundários disso são, por exemplo, mais difícil de resfriar grandes coisas pela radiação da superfície.
Por outro lado, é mais difícil manter pequenas coisas quentes quando está frio.
Para uma dada espessura de superfície, grandes coisas têm menos conteúdo por volume.
O último efeito afeta as baterias.
se uma bateria puder ser construída com a mesma espessura de parede em vários tamanhos, as baterias grandes terão um conteúdo ativo por volume mais do que as pequenas.

Um único exemplo.
Dois cubos com paredes de 1mm de espessura e bordas de 1cm e 4 cm.
Volumes da parede = 6 x aresta ^ 3 x 1 mm
Volume total do cubo = aresta ^ 2
Volume do cubo interno dentro das paredes ~~ = (aresta- 2 x espessura_ ^) ^ 3

Volume interno / externo do cubo de 1 cm = (10-2) ^ 3/10 ^ 3 = 512/1000 mm ^ 2 = 51%
cubo de 4 cm interno / externo = (40-2) ^ 3/40 ^ 3 = 54872/64000 = 85%. !!!
O cubo de aresta 4 x maior é 85/51 = 1,59 x um usuário com mais volume disponível do que o pequeno.
Conclusão: As baterias de alta tensão que usam NimH ou NiCd podem ser uma má idéia apenas por esse motivo. Há outros.

A potência seria um número menor e o departamento de marketing preferiria usar um número maior que a concorrência, mas não um grande número de potência, uma vez que grandes potências não são comercializadas como "verdes" o suficiente para alguns segmentos de mercado. Para tecnologias equivalentes e custo da bateria, tensões mais altas podem ser mais eficientes ou incorrer em menos perdas de fiação e conversão na produção de energia útil da ferramenta.

Os números aplicados ao exterior das ferramentas elétricas são para fins de "quanto maior, melhor" e provavelmente também para diferenciar várias tecnologias que o fabricante utiliza.

_{Em outras palavras, exclusivamente para fins de marketing.}

Essa medida é realmente sem sentido. Existem duas razões pelas quais é usado

1. permite a comparação de marketing de ferramentas do mesmo fabricante com tensões diferentes (consulte esta pergunta relacionada ) - como você paga essa quantia em dinheiro por esse modelo "de baixa qualidade" de 10,8 volts ou pode pagar mais e obter essa "muito mais poderosa e melhor "modelo de 18 volts

2. a maioria das ferramentas possui baterias substituíveis e apenas ferramentas com a mesma voltagem podem usar baterias da mesma voltagem - portanto, se você possui um driver de 12 volts e deseja comprar uma serra do mesmo fabricante, se comprar um modelo de 12 volts, agora terá um total de 4 baterias (e 2 carregadores!) que podem ser usadas com as duas ferramentas e isso é bom porque uma bateria separada ou um carregador separado custa uma fortuna

Além dessa tensão, não é uma medida útil. Você não se importa com a tensão, mas com características mecânicas.